TWI298212B - Process for controlling temperature of battery pack - Google Patents

Description

1298212 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明關於一種控制電池組溫度之程序，尤指一種控 制電池組溫度之程序’在當使用風扇控制電池組溫 如果該電池㈣度钱切卻時，能_•扇的運作， 並可兼顧到對於風料作之電池組的最高

最低可接受溫度之關鍵數值，以及該電池組之溫度1二 空軋溫度之_差異之1鍵值，且較佳地是，1能夠設 定-種條件以最小化構成該電池組之單元電池^間的溫 度變化，以最低限度運轉該風扇，藉此最佳溫度控 制效應及一最佳電池運作狀熊。 【先前技術】 :於使用石化燃料(例如汽油或柴油)的車輛之嚴重問 、:中-項為造成空氣的污染。為了解決此問題，已經發 ^技術來使帛II助電池，其可以充電，做為車輛的動 為“源目七已經開發出來有電動車(EV，Electric Vehicle) 由甩池提供動力’以及複合電動車（HEV，Hybrid Electric 、e lcle)為共同使用電池及既有的引擎，目前一些電動車及 ^合電動車皆已經可以做商業化使用。輔助電池主要使用 轉"金屬複合電池，而做為電動車(EV)及複合電動車（HEV) <動力來源。近年來，亦在研究使用鋰離子電池做為輔助 電池。 1亥辅助電池必須具有高輸出及大容量，使得該輔助電 1298212 :=做為電動車㈣及複合 複數個小輔助電池(單元 接而形成一電池群組，複數 中伽次亚恥連 形成-電地組。 ^群組彼此串聯或並聯來 仁疋，该馬輸出大容| φ 程中所產生的大量埶能。問題在於充電及放電過 也：產生的熱量無法有效率地移除，熱量即累， '、因此忒等單元電池即會劣化。 ’、貝 單元Si:組之溫度過低’，許多反應遲滯元件影響了 :ΓΓ化學反應’因此該電池的效能也大幅降低。 了該等單元電池之有效率運作即需要對該高 輸出、大谷I電池的電池組做溫度控制。 门 定，==控制該電池组之溫度的習用程序’係預先設 ^电之有效率的溫度範圍Trng，該電池的—最高可接 =rf:max:及該電池的—最低可接受溫度τ*。當該電 ^且Μ度等於或大於該最高可接受溫度了咖時，即運轉 =卻風扇，而當該電池組的溫度等於或小於該最低可接 受溫度τ-時，即運轉一空調系統的加熱器，以維持該電 池組的溫度在有效率的溫度範圍U。在一些習用技術 中’該有效率溫度範圍Tmg與該最高可接受溫度τ_之間 =溫度區間’以及該有效率溫度範圍Tmg與該最低可接受 1度Tmin之間的溫度區間會被細分來控制該風扇的驅動速 率〇 但是，用於控制電池組之溫度的習用程序具有以下的 1298212 問題。 首先是其僅偵測該電池組的溫度變化來運轉該風扇， 而並未考慮到該風扇運作時所供應之空氣的冷卻或加熱效 率。因此，根據該風扇運作之溫度控制的效率即明顯較低。 例如，當由該風扇運作所引入的空氣溫度很高時，雖然該 風扇的驅動速率高，但其冷卻效果卻很低。 其次’由於構成該電池組之早元電池中的溫度差異造 成的電池效率劣化即無法控制。雖然降低該電池系統的運 _作效率的主要原因之一為該等單元電池之間的較大溫度變 異，此溫度變異在用於控制該電池組之溫度的習用程序中 並未被考慮到。 ^ 【發明内容】 因此，本發明係關於一種用於控制電池組溫度的程 序，其可實質地消除前述先前技術中的問題，以及過去以 來所需要解決的技術問題。 _ 本發明人已經進行許多實驗及研究，並已經發現當在 該電池組之溫度控制系統中運轉的該風扇所供應的空氣溫 度與該等單元電池之溫度之間的差異等於或大於一預定水 準時，即可有效地達到由風扇運轉所做的溫度控制，當該 等單元電池之溫度變異同時由該溫度控制系統控制時，即 可達到該電池之最佳運作條件。由此，本發明人已經完成 了本發明。 因此，本發明第一目的即在於提供一種用於控制一電 1298212 池組溫度的程序，其能夠藉由風扇的最低運轉來達到最佳 的溫度控制。 本發明第一目的在於提供一種用於控制一電池組溫度 的程序，其能夠藉由同時控制每個單元電池之溫度變異來 達成该電池糸統的最佳運作。 根據本發明，上述及其它目的可由提供此種用於控制 电池組之溫度的程序來達成，其包括以下步驟：當滿足 ‘）了該電池溫度等於或大於―最高可接受溫度7腿或是當該 擊電池溫度等於或小於—最低可接受溫度U條件時，即 運轉一風扇來改變一電池溫度到一最佳溫度範圍丁邮，同 柃，當一電池溫度Tbat與一空氣溫度Tair之間的差異等於 或大於一關鍵溫度Tcn。 本發明的特性之一為當該空調系統的風扇運轉時，做 為一熱交換媒介之空氣即被供應給該電池來控制該電池的 溫度，其決定了該風扇是否要運轉，或是不考慮一電池溫 籲〕度Tb:與一空氣溫度Tair之間的差異d — 丁心），以及最高 可接受溫度Tmax及該最低可接受溫度丁min。根據該風扇的 運轉之溫度控制效率並不高，當一電池溫度與一空氣 孤度Tair之間的差異（Tbat 一 Tair)等於或小於該關鍵溫度丁⑺ 時，雖然該電池溫度等於或大於該最高可接受溫度Tmu， 因此，即需要冷卻，或是該電池溫度等於或小於該最低可 接受溫度Tmin，因此即需要加熱。根據本發明，該風扇僅 在當-電池溫度Tbat與—空氣溫度Tair之間的差異d — Tair)等於或大於該關鍵溫度時做運轉，雖然需要冷^或 9 I298212 力口敎。因此 •止降低= 於該風扇之過度運轉之功率消耗可以降低， 牛低垓產品之使用壽命。 其為—電t明’較佳地是當該電池的溫度有被量測時， 電池群級之:!，構成該電池組之電池群、组，或是構成個別 池時，該泰2電池。當該電池為該電池群組或該單元電 的最高溫度㈣别^#有被里測，且該測定 I，❹笔：J疋的取低溫度可以設定成該電池溫度 ^寺I測溫度之平均值被設為該電池溫度I。 電、、也受溫度需要由運轉風扇來冷卻該 來改該最高可接受溫〜可根據電池的種類 埶1:、可接叉溫度Tmin^#需要由運轉風扇來加 的種類來改變。取冋了接心皿度^亦可根據電池 根據這m其較佳地是細分該最高可接受溫度 τ_與該最低可接受溫度，其巾需要風扇進行運轉， ^根據該細分的最高可接受溫度τ腿與該細分的最低可接 受溫度丁min來改變該風扇的驅動速率。例如，一最高可接 受溫度Tmaxl可被預先設定為達到該風扇驅動速率的 60% ’另一最高可接受溫度則為達到該風扇驅動速率 的80%，另-最高可接受溫度τ贿3則為達到該風扇驅動速 卞的9〇%’而又另—最高可接受溫度Tmax4則為達到該風扇 驅動速率的！GG%。這些最高可接受溫度的溫度w贿2,

Tmax3’及Tmax4係依序增加。較佳地是，該最高可接受溫度 Tmax在當該風扇開始運轉時為2〇〇c ’而該最低可接受溫度 1298212

Tmin在當該風扇開始運轉時為-10°c。 該空氣做為由風扇運轉所引入到該電池组中的熱交換 媒介，可為由系統外部引入的空氣，在該系統中循環的空 氣，或是來自一冷卻單元或一加熱單元所供應的空氣，例 如一引擎。較佳地是，該空氣係由系統外部引入。 當該空氣溫度Tair與該電池溫度Tbat2間的差異等於 或大於一預定水準時，即可達到由該風扇運轉的溫度控制 效率。因此，該風扇僅在當一電池溫度Tbat與一空氣溫度 Tair之間的差異（Tbat - Tair)等於或大於該關鍵溫度Tcrt時才 開始運轉。在一較佳範例中，該關鍵溫度Tcrt為5QC。 根據不同狀況，該空氣由該系統外部引入，用於控制 該電池組之溫度的程序另可包含以下步驟：當該空氣的空 ‘ 氣溫度Tair過高時，利用來自一額外冷卻單元所供應的空 氣來混合或取代該空氣；且當該空氣的空氣溫度Tair過低 時，即利用由一額外加熱單元所供應的空氣來混合或取代 i丨該空氣。 W 〃 利用上述的架構，做為熱交換媒介之該空氣的空氣溫 度Tair即可維持在一適當的水準。該加熱單元可為一引擎 或一額外的加熱器。 該最佳溫度範圍τ—亦可根據電池的種類來改變。 . 在一較佳範例中，用於控制該電池組之溫度的程序另 包括以下步驟：當每個單元電池之溫度變異Tvar等於或大 於一預定的關鍵溫度Tcrtl時，即運轉該風扇來改變該電池 溫度到一最佳的溫度變異範圍丁。…，雖然該風扇驅動條件 11 1298212 並未被滿足。 如上所述，該電池系統之效率在當該等構成該電池組 的個別單元電池之溫度變異較大時，即會明顯降低。因此， 該電池的運轉狀態根據本發明之控制該電池組之溫度的程 序可被最佳化。 該溫度變異Tvar的關鍵溫度Tertl與該溫度變異的最佳 範圍TopU可根據電池種類來改變。在一較佳範例中，該關 鍵溫度Tcrtl為4QC，而該最佳溫度範圍丁。叫為2°C。 該電池組係用於電動車或複合電動車之動力來源，其 需要兩輸出、大容置動力。較佳地是’該電池組為該複合 電動車之動力來源。 根據這些狀況，根據本發明另可包括額外的步驟來增 加用於控制該電池組溫度的程序之效率，且其必須注意到 用於包含有該等額外步驟之用於控制該電池組溫度的程序. 亦落在本發明之範圍中。 【實施方式】 現在本發明一較佳具體實施例將參考隨附圖面來詳細 說明。但是其必須注意到所例示的具體實施例僅做為辅助 對本發明之清楚暸解，因此本發明的範圍並不受所示之具 體實施例的限制。 第一圖所示為根據本發明一較佳具體實施例的一用於 控制電池組溫度的程序之流程圖。 請參考第一圖，當用於控制該電池組之溫度的系統運 12 1298212 作時，即讀取多種參數的數值（sioo)，並量洌一電池溫产 Tbat及一空氣溫度Tair(S110)。該等參數之設定如下：= 咼可接受溫度Tmax設定為20oC，一最低可接受溫产 ^ ^ min 設定為-1CPC，一關鍵溫度Tert設定為5。(：，而另一闕鍵溫 度Tertl設定為4。0該電池溫度Tbat及該空氣溫度τ价可由 溫度感應器量測。 其可決定該測定的電池溫度Tbat是否等於或大於該預 鲁先設定的最高可接受溫度，即2〇°C(S120)。當其判定 " 該該測定的電池溫度Tbat等於或大於20QC時（是），其即決 定該電池溫度Tbat與該空氣溫度Tair之間的差異（Tbat〜T ) ^之絕對值是否等於或大於該關鍵溫度Tcrt，即5cc(S130)ai。' 當其判定該電池溫度Tbat與該空氣溫度Tair之間的差異 (Tbat-Tair)之絕對值等於或大於5〇c時（是），一風扇即運轉 (S160)。當其判定該電池溫度Tbat與該空氣溫度丁士之間的 差兴（Tbat- Tair)之絕對值小於5〇c時（否），在另一方面，該 當在步驟S120中判定該測定的電池溫度Tbat小於2〇〇c ，（否），其即決定是否該測定的電池溫度丁⑽等於或小於該 -最低可接受溫度Tmin，即]〇〇C(S14〇)。當其判定該該測定 的電池溫度Tbat等於或小於-10〇c時（是），其即決定該電池 -，度二心與該空氣溫度Tair之間的差異（Tbat — Tair)之絕對值 •是否等於或大於該關鍵溫度Tert，即5cC(S15〇)。當其判定 T電池溫度丁bat與該空氣溫度Talr之間的差異（Tbat 一 U之 、、巴對值等於或大於5°C時（是），該風爲即運轉（S160)。 13 1298212 當在步驟S140中判定該測定的電池溫度Tbat大於 -10°C(否），或當在步驟S150中判定該電池溫度Tbat與該空 氣溫度Tair之間的差異（Tbat-Tair)之絕對值小於5°C，該程 序即進行到步驟S170，其將在以下說明。 其在步驟S170中決定該等單元電池之溫度變異是否 等於或大於該關鍵溫度TcrtI，即4QC。當其決定該等單元 電池之溫度變異等於或大於4°C時（是），該風扇即運轉 (S180)。當該等單元電池之溫度變異小於4°C，且該風扇在 籲運轉中，該風扇即停止運轉（S190)。當該等單元電池之溫 度變異小於4°C，且該風扇並未在運轉中，該程序即回到 步驟S100，而不會執行任何其它運作。一旦該風扇在運轉 (S160及S180)，該程序即回到步驟S110。 • 在第一圖中所示的作業流程可以有多種修正。例如，

步驟S130可在執行步驟S110之後進行，或是步驟S120 及S140可在執行步驟S150之後進行。另外，步驟S120 B 可在執行步驟S170之後.進行。同時，如前所述，最高可接 受溫度T max]，Tmax2，Tmax3 ·.· 等，這些溫度係依序增加，其可 被預先設定來控制該風扇的驅動速率，且在步驟S120及步 驟S130之間可以進行數個決定步驟，及一個決定該風扇驅 動速率的步驟。在該風扇於步驟S160及步驟S180中運轉 之後，其亦有可能該電池的溫度被量測，以決定是否該測 定的溫度係在電池運轉的最佳溫度範圍之内，而不直接回 到步驟S110。在此例中，當其決定該測定的溫度係在電池 運轉的最佳溫度範圍之内時，即進行步驟S190來停止該風 14 1298212 扇運轉，然後該程序回到步驟sno。另一方面，當其判定 該測定的溫度不在電池運轉之最佳溫度範圍，該風扇可用 一迴路的方式持續運轉。 如上所述，其提供了多種結構來實施本發明之觀念， 且這些結構係基於本發明之觀念，其包括了決定是否該電 池之測定的溫度超過了運轉該風扇所需要的最高或最低可 接受溫度，且當該電池之測定溫度超過該最高或最低可接 \ 受溫度時，可決定是否該電池溫度及該空氣溫度超過該特 ®定關鍵溫度，藉以決定該風扇的運轉。 因此，本技術專業人士將可瞭解到有可能有多種修 正、加入或取代，其皆不背離如所附申請專利範圍中所揭 示的本發明範圍及精神。 ^ 由以上的說明可以瞭解，用於控制該電池組之溫度的 程序可具有產業應用性，其中可以最小化風扇的運轉，因 此可達到最佳的電池運轉，並且降低不必要的功率消耗， B )且其中可降低該等單元電池之間的溫度誤差，因此可以最 佳化整體電池系統之運轉。 '【圖式簡單說明】 對於本發明之上述及其它目的、特徵與其它好處將可 λ 由配合參考以下附圖之詳細的說明而更為瞭解，其中： 第一圖所示為根據本發明一較佳具體實施例的一用於 控制電池組溫度的程序之流程圖。 【主要元件符號說明】 15 1298212 S100讀取多種參數的數值 S110量測一電池溫度Tbat及一空氣溫度Tair S120決定該測定的電池溫度Tbat是否等於或大於該預先設

定的最高可接受溫度Tmax，即20°C

S130決定該電池溫度Tbat與該空氣溫度Tair之間的差異 (Tbat- Tair)之絕對值是否等於或大於該關鍵溫度Tcrt，即 5°C S140判定該測定的電池溫度Tbat小於20°C時（否），其即決 籲定是否該測定的電池溫度Tbat等於或小於該最低可接受溫 度 ，即-i〇°c

S150決定該電池溫度Tbat與該空氣溫度Tair之間的差異 (Tbat - Tair)之絕對值是否等於或大於該關鍵溫度Tcrt，即 5°C S160風扇運轉 S170決定該等單元電池之溫度變異是否等於或大於該關鍵 | 溫度 Tcrt]，即 4°C S180風扇即運轉 S190風扇停止運轉 16

Claims (1)

1298212 丨一_ «Μη*·) 4V ji:火 ^ p* 十、申請專利範園： L :種用於控制一電池组溫度的程序，其包括以下步驟： 田條件符合時，該條件為當電池溫度等於或大於一最高 可接文溫度（Tmax)或是當該電池溫度等於或小於一最低 可接文溫度（Tmin)時，且，同時，當一電池溫度（7{^)與 工氣溫度（Tair)之間的差異等於或大於一關鍵溫度 ，即運轉一風扇來改變一電池溫度到一最佳溫度 範圍（T〇pt)。 、θ專利範圍第1項所述之用於控制一電池組溫度 =矛序，其中§亥電池之溫度被量測，該電池可為一電池 組，複數電池群組構成電池組，或複數單位電池構成個 別之複數電池群組。 3‘ =申讀專利範圍第丨項所述之用於控制一 另包含以下的步驟： 最巧可接叉溫度（TniaX)與該最低可接受溫度 V ^ min) > jMl χΚ π ^ 可接受、Γ Τ風扇必需進行運轉，且根據談細分的最高 故掛二'里度（Tmax)與該細分的最低可接受溫度（Tmin)來 …改雙碡風扇的驅動速率。 :專利範㈣1項所述之用於㈣—電池組溫度 運轉@、’其中該最高可接受溫度(Tmax)在當該風扇開始 門為2〇°c，而該最低可接受溫度(τ_)在當該風扇 開始運轉時為_10。€。 Hi專利範圍第1項所述之用於控制—電池組溫度 /、中忒空氣做為一熱交換媒介，該空氣可為由 17 1298212 一系統外部引入的空氣、在該系統中循環的空氣、或由 該系統中一冷卻單元或一加熱單元所供應的空氣。 6·如申請專利範圍第1項所述之用於控制一電池組溫度 的程序，其中該關鍵溫度（Tcrt)為5°C。 7.如申請專利範圍第1項所述之用於控制一電池組溫度 的程序，其中當該空氣由一系統外部引入時，該程序另 包括以下的步驟： 當該空氣的空氣溫度(Tair)過高時，利用由一額外冷卻單 > 元所供應的空氣來混合或取代該空氣；及 當該空氣的空氣溫度（Tair)過低時，利用由一額外加熱單 元所供應的空氣來混合或取代該空氣。 8·如申請專利範圍第1項所述之用於控制一電池組溫度 的程序，另包含以下的步驟： 當該電池溫度並未滿足該條件，且每個單元電池之溫度 變異（Tvar)等於或大於一預定的關鍵溫度（TerU)時，即運 > 轉該風扇來改變該電池溫度到每個單元電池之一最佳 的溫度變異範圍（Ipn)。 9. 如申請專利範圍第8項所述之用於控制一電池姐溫度 的程序，其中該關鍵溫度（Tcrtl)為4。(：，而該最佳溫度 變異範圍（Tc^)為YC。 10. 如申請專利範圍第1項所述之用於控制一電池組溫度 的程序，其中該電池組為電動車或複合電動車之一動力 來源。 18